Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Особенности морфо-функциональной организации головного мозга и проводящих путей на ранних этапах онтогенеза 12
1.2. Особенности морфо-функциональных связей лобной ассоциативной коры и ее участие в обеспечении высших психических функций здорового человека 18
1.3. Возрастные особенности структурно-функциональной организации мозга детей дошкольного возраста по данным ЭЭГ исследований 24
1.4. Особенности функционального состояния коры головного мозга детей дошкольного возраста с нарушениями психического и речевого развития по данным ЭЭГ 34
1.5. Сверхмедленные биопотенциалы головного мозга человека в изучении нейрогуморальных механизмов регуляции нормальных и патологических функциональных состояний и высших психических функций 44
1.5.1. Изучение сверхмедленных биопотенциалов с поверхности головы здорового человека 46
1.5.2. Сверхмедленные биопотенциалы глубоких структур головного мозга человека 49
1.5.3. Изучение сверхмедленных биопотенциалов при одновременной регистрации в подкорковых структурах и с поверхности головы человека 55
1.5.4. Сверхмедленные биопотенциалы в отведении с поверхности головы при изучении уровней активации мозговых систем обеспечения высших психических функций и приспособительного поведения человека 57
Глава 2. Материалы и методы 61
2.1. Общая характеристика обследованных лиц 61
2.2. Интегративный психофизиологический подход к исследованию мозговых механизмов обеспечения высших психических функций у детей дошкольного возраста 62
2.2.1. Методика исследования уровней активации лобной и височно-теменной коры по параметрам устойчивого потенциала в отведении с поверхности головы 64
2.2.2. Методика оценки уровня развития высших психических функций по результатам психолого-логопедического обследования детей дошкольного возраста 73
2.2.3. Методика транскраниальных микрополяризаций в комплексной коррекционно-развивающей терапии у детей с задержкой психического и речевого развития 77
2.2.4. Статистический анализ результатов 84
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 85
3.1. Возрастные особенности формирования уровней активации лобной и височно-теменной коры у здоровых детей 3-7 лет по параметрам устойчивого потенциала 85
3.2. Особенности формирования уровней активации лобной и височно-теменной коры у детей 4-7 лет с задержкой психического развития и разным уровнем речевого развития по параметрам устойчивого потенциала 107
3.2.1. Характеристика уровней активации лобной и височно-теменной коры у детей 4-5 лет с задержкой психического развития и 1-м уровнем речевого развития 107
3.2.2. Характеристика уровней активации лобной и височно-теменной коры у детей 4-5 и 6-7 лет с задержкой психического развития и 2-м уровнем речевого развития 111
3.2.3. Характеристика уровней активации лобной и височно-теменной коры у детей 6-7 лет с задержкой психического развития и 3-м уровнем речевого развития 120
3.3. Определение диагностических маркеров уровней активации лобной области у здоровых детей 4-5 и 6-7 лет и при задержке психического и речевого развития разного уровня 126
3.4. Особенности изменений устойчивого потенциала в корковых проекциях лобной коры в разные сроки после транскраниальной микрополяризации у детей с задержкой психического и речевого развития 131
Заключение 148
Выводы 162
Список литературы 163
- Особенности морфо-функциональной организации головного мозга и проводящих путей на ранних этапах онтогенеза
- Изучение сверхмедленных биопотенциалов с поверхности головы здорового человека
- Методика исследования уровней активации лобной и височно-теменной коры по параметрам устойчивого потенциала в отведении с поверхности головы
- Возрастные особенности формирования уровней активации лобной и височно-теменной коры у здоровых детей 3-7 лет по параметрам устойчивого потенциала
Введение к работе
Актуальность работы. Современные представления о роли лобной и
височно-теменной коры в мозговых механизмах организации высших
психических функций (ВПФ) и адаптивного поведения на разных этапах
онтогенетического развития детей опираются на теоретические положения о
принципах формирования структурно-функциональной организации
головного мозга, результаты нейропсихологических и нейрофизиологических
исследований. Достаточно подробно изучены особенности
онтогенетического развития цито- и фиброархитектоники лобной коры и ее взаимодействий с другими отделами головного мозга (Поляков, 1959; Кононова, 1962; Дзугаева, 1975; Батуев, 1981; Семенова и др., 1990; Саркисов и др., 1995; Цехмистренко, Васильева, 2001; Nauta, 1971; Rabinowitcz et al., 1977; Rajkowska & Goldman-Rakic, 1995).
В нейрофизиологических исследованиях с использованием метода ЭЭГ раскрыты принципы и основные этапы формирования структурно-функциональной организации головного мозга детей и системного обеспечения высших интегративных функций ЦНС (Фарбер, 1990; Рожков, Сороко, 2000; Фарбер и др., 2000; Безруких и др., 2002; Шеповальников, Цицерошин, 2004; Coull, 1998). Для детей разных возрастных групп при нормальном онтогенетическом развитии выделены ЭЭГ критерии: морфо-функциональной зрелости фронто-таламической системы, особенности активирующих влияний неспецифической ретикулярной формации среднего и продолговатого мозга и развития межполушарных взаимоотношений (Алферова, Фарбер, 1990; Князева, Фарбер, 1991; Лукашевич и др., 1994, 1996; Фарбер, Дубровинская, 1997; Безруких и др., 1999; Горбачевская, 2000; Мачинская, 2001). По результатам ЭЭГ-исследований показано, что нарушение программ генетически детерминируемой этапности созревания ассоциативных ядер таламуса, лобных долей и связей между ними лежит в основе морфо-функциональной незрелости фронто-таламической системы и
приводит к нарушениям избирательной активации корковых зон. Эти факторы обусловливают несформированность мозговых систем обеспечения ВПФ (Лукашевич и др., 1994; Мачинская и др., 1997; Рожкова, 2002; Фишман, 2002; Безруких, Крещенко, 2004; Lazar & Frank, 1998).
У детей дошкольного и младшего школьного возраста с задержкой психического и речевого развития в немногочисленных нейрофизиологических исследованиях по данным ЭЭГ определены критерии морфо-функциональной незрелости с дисбалансом активации различных областей коры и межполушарной асимметрией, а также критерии дисфункции фронто-таламической системы и уровня развития регуляторных структур ствола головного мозга (Рожкова, 1997; Лукашевич и др., 1998, 2002; Шкловский и др., 2001; Фишман, 2001, 2002).
В отличие от широко распространенных ЭЭГ-исследований, работы, в которых применяются сверхмедленные биопотенциалы (СМБП) в частотной полосе от 0 до 0,5 Гц для изучения онтогенетического развития системной организации головного мозга здоровых и больных детей, немногочисленны (Городенский, Шармина, 2000; Боравова, Галкина, 2001; Фокин, Пономарева, 2003; Боравова и др., 2004; Шимко, Фокин, 2004).
В многолетних экспериментальных и клинико-физиологических исследованиях раскрыта интегрирующая роль сверхмедленных биопотенциалов в механизмах нейрогуморальной и биохимической регуляции нормальных и патологических состояний, включая эмоции, и высших психических функций (Аладжалова 1962, 1979; Русинов, 1969; Бехтерева, 1971, 1988; Старобинец, Пшедецкая, 1973; Илюхина, 1977, 1986, 2004; Смирнов, Бородкин, 1979; Баес, 1980; Микаэлян, 1980; Иваницкий, 1984; Кожушко, 1986; Илюхина, Кожушко, 1993; Илюхина, Дамбинова, 2003; Jijiwa, et al., 1969; Rosenthal & Somjen, 1973; Somjen, et al., 1976; Birbaumer et al., 1990; Marshall et al., 2003).
Установлено, что амплитудно-временные параметры практически всех видов спонтанной динамики биопотенциалов головного мозга (ЭЭГ, ВП, мультиклеточная импульсная активность нейронов) определяются устойчивым потенциалом милливольтового диапазона (Аладжалова, 1969, 1979; Русинов, 1969; Прибрам, 1975; Илюхина, 1986, 2004; Caspers & Speckman, 1969).
В немногочисленных исследованиях последних лет показана возможность использования одного из видов СМБП - устойчивого потенциала милливольтового диапазона, при регистрации в корковых проекциях лобной, височной и теменной областей для оценки уровня активации исследуемых образований у больных хроническими заболеваниями ЦНС в состоянии покоя и при изучении мозговых механизмов обеспечения различий структуры и качества сложной психической деятельности (Илюхина и др., 1997; Илюхина, 2004).
В учении А.А. Ухтомского о доминанте (1950) состояние покоя рассматривается как особый вид нервной активности, которая определяет "...детальную картину рабочего поведения".
В современной отечественной и зарубежной литературе мы не встретили публикаций, посвященных систематическому исследованию особенностей динамики устойчивого потенциала в корковых проекциях различных областей головного мозга в состоянии покоя при нормальном онтогенетическом развитии ВПФ и при задержке психического и речевого развития у детей.
Целью исследования являлось изучение динамики устойчивого потенциала в корковых проекциях лобной и височно-теменной коры для оценки особенностей формирования уровней активации исследуемых областей мозга в состоянии покоя у здоровых детей 4-5 и 6-7 лет и при задержке психического развития у детей тех же возрастных групп. Для реализации цели исследования были поставлены следующие задачи:
1) Исследовать особенности устойчивого потенциала и его соотношений в
корковых проекциях лобной и височно-теменной коры на разных этапах
онтогенеза у детей 3-х, 4-5 и 6-7 лет с возрастной нормой развития высших
психических функций.
Исследовать особенности изменений устойчивого потенциала и его соотношений в корковых проекциях лобной и височно-теменной коры у детей 4-5 лет с задержкой психического развития и 1-м уровнем речевого развития.
Исследовать особенности изменений устойчивого потенциала и его соотношений в корковых проекциях лобной и височно-теменной коры у детей 4-5 и 6-7 лет с задержкой психического развития и 2-м уровнем речевого развития.
Исследовать особенности изменений устойчивого потенциала и его соотношений в корковых проекциях лобной и височно-теменной коры у детей 6-7 лет с задержкой психического развития и 3-м уровнем речевого развития.
По параметрам устойчивого потенциала определить диагностические маркеры уровней активации и их соотношений в исследованных областях лобной коры: а) у здоровых детей 4-5 и 6-7 лет; б) у детей тех же возрастных групп с задержкой психического и речевого развития разного уровня.
Гипотеза исследования. Определение уровней активации лобной коры по параметрам устойчивого потенциала в состоянии покоя позволяет объективизировать особенности вклада этого важнейшего интегративного центра в формирование уровня актуального развития здоровых детей 4-5 и 6-7 лет и детей того же возраста с задержкой психического и речевого развития.
Основные положения, выносимые на защиту: 1) Раскрыта возможность использования параметров устойчивого потенциала в отведении с поверхности головы для оценки уровней активации лобной и
височно-теменной коры у детей дошкольного возраста на разных этапах онтогенетического развития в норме и при задержке психического развития.
2) По параметрам устойчивого потенциала установлены закономерные
различия в формировании уровней активации лобной и височно-теменной
коры у здоровых детей 4-5 и 6-7 лет.
3) Феномен недифференцированности, ограничение вариативности и
снижение уровней активации разных областей дорсолатеральной
префронтальной ассоциативной коры определяют особенности нарушений
уровня актуального развития при задержке психического и речевого развития
у детей 4-5 и 6-7 лет.
Научная новизна исследования
1. Впервые установлено, что исследуемые параметры устойчивого
потенциала, регистрируемого с поверхности головы в корковых проекциях
лобной и височно-теменной коры у детей дошкольного возраста, позволяют в
состоянии покоя: 1) в количественном выражении оценивать особенности
формирования уровней активации различных областей лобной и височно-
теменной коры на разных этапах онтогенеза; 2) определять особенности
вариативности уровней активации исследуемых областей лобной и височно-
теменной коры в разные возрастные периоды у здоровых детей и при
задержке психического развития.
Впервые установлены закономерные различия: а) в формировании уровней активации (УА) и их соотношений в различных полях лобной коры у детей 3-х, 4-5 и 6-7 лет с возрастной нормой развития; б) в особенностях нарушений формирования УА у детей 4-5 и 6-7 лет с задержкой психического и речевого развития.
Впервые описан феномен недифференцированности уровней активации разных областей дорсолатеральной префронтальной ассоциативной коры: а) как проявление возрастной несформированности механизмов интеграции межсистемного взаимодействия при высокой вариативности уровней
активации у здоровых детей 4-5 лет; б) как отражение нарушений в формировании уровней активации при общей тенденции к снижению активации и вариативности разной степени выраженности у детей 4-5 лет и 6-7 лет с задержкой психического и речевого развития.
Научно-практическая значимость исследования. Разработан и апробирован метод исследования УА лобной и височно-теменной коры у здоровых детей дошкольного возраста и детей с задержкой психического развития по параметрам устойчивого потенциала, регистрируемого в корковых проекциях в отведении с поверхности головы.
Показано, что метод регистрации устойчивого потенциала в корковых проекциях является информативным неинвазивным способом экспресс-оценки уровней активации лобной и височно-теменной коры, удобным для нейрофизиологического обследования здоровых детей дошкольного возраста и детей того же возраста с задержкой психического развития. Метод позволяет изучать динамику устойчивого потенциала у данного контингента детей: а) на разных этапах онтогенеза; б) осуществлять мониторинговое обследование; в) оценивать нейрофизиологический эффект коррекционно-развивающих мероприятий, включая транскраниальные микрополяризации, по ходу курса и на разных сроках его завершения.
По результатам исследования для каждой возрастной группы здоровых детей дошкольного возраста и детей с задержкой психического развития определены диагностические маркеры уровней активации и их соотношений в лобной области.
Разработанный метод исследования уровней активации различных областей головного мозга используется в научной и научно-практической работе Лаборатории физиологии состояний головного мозга и организма Института мозга человека РАН при обследовании детей разного возраста с последствиями пре- и перинатальной энцефалопатии, с задержкой психического и речевого развития, а также детей с трудностями в обучении
(дисграфия, дислексия) и школьной дезадаптацией. Результаты проведенного исследования могут быть использованы при разработке методических подходов к диагностике функционального состояния головного мозга детей разного возраста и при коррекционной работе с детьми дошкольного возраста с ЗПР.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались и
обсуждались на V и VI Всероссийской медико-биологической конференции
молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2002,
2003), на конференции «Молодые биологи Санкт-Петербурга - 300-летию
города» (Санкт-Петербург, 2003), на конференции, посвященной 100-летию
со дня рождения Н.Н. Трауготт (Санкт-Петербург, 2004), на XIII
Всероссийской Научно-практической конференции неврологов
«Нейроиммунология» (Санкт-Петербург, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции «Природные факторы и социальные условия успешности обучения» (Санкт-Петербург, 2005), а также на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005). Работа поддержана грантами РГНФ №03-0-00139а, РФФИ «Научная школа Н.П. Бехтеревой» №005-97893 и Научная Школа №1921.2003.4. за 2003, 2004 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе Патент РФ №2248227 от 20.03.05. на «Способ лечения нарушений психического развития у детей».
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 15 рисунков и 19 таблиц. Библиографический указатель включает 329 источников, из них 99 иностранных.
Особенности морфо-функциональной организации головного мозга и проводящих путей на ранних этапах онтогенеза
В соответствии с современными представлениями формирование в онтогенезе системной деятельности мозга определяется как структурным созреванием областей коры, в особенности ее передне-центральных отделов, так и организацией функциональных связей (Фарбер, 1990).
Структурное созревание корковых областей, формирование их нейронных ансамблей обеспечивают постепенное совершенствование и специализацию осуществляемых в этих областях операций. В морфологических исследованиях Л.К. Семеновой с соавторами (1990) показано, что в различных областях коры большого мозга, а также в различных полях каждой области изменение ширины коры, ее слоев и подслоев, изменение размеров и уровня дифференцировки нейронов всех типов происходит в разные сроки и с различной интенсивностью (Семенова и др., 1990).
Наиболее длительные изменения в онтогенезе претерпевают ансамбли нейронов, темпы развития которых тесно связаны с усложнением волокнистого компонента коры, уровнем афферентации и степенью вовлечения в систему внутрикорковых связей (Семенова и др., 1990; Цехмистренко, Васильева, 2001).
Так, для первого года жизни характерна типизация формы, увеличение размеров пирамидных и звездчатых нейронов, развитие аксонных и дендритных аппаратов, расширяющих внутриансамблевые связи по вертикали.
В 3 года отмечается пик в скорости нарастания веса (Epstein, 1986; Fisher & Rose, 1994) и объема (Courchesne et al., 2000) мозга. В этот же период в ассоциативных областях происходит увеличение толщины коркового слоя (Rabinowitcz et al., 1977). Эти преобразования на макроуровне, по-видимому, связаны с бурным развитием коллатералей нейронов, образующих вертикально организованные ансамбли, что отражается в расширении преимущественно ассоциативного слоя (Васильева, Цехмистренко, 1996). К 3-м годам в ансамблях уже сформированы гнездные группировки (Семенова и др., 1990), высокого уровня развития достигают звездчатые нейроны с вертикальной организацией аксонов, участвующие в процессах коркового торможения (Антонова, 1985). Качественные преобразования происходят в развитии пирамидных нейронов: увеличиваются их размеры (Семенова и др., 1990), совершенствуется дендритный аппарат, обеспечивающий вертикальную организацию нейронных ансамблей и взаимодействие корковых элементов с подкорковыми афферентами (Васильева, Цехмистренко, 1996).
Очередной качественный сдвиг в структурно-функциональных преобразованиях головного мозга происходит в 5-7 лет. В 7 лет так же, как в 3 года отмечается пик в скорости нарастания массы мозга (Epstein, 1986; Fisher & Rose, 1994). Возраст 5-7 лет характеризуется усложнением системы связей по горизонтали, что происходит за счет роста в длину и разветвления боковых и базальных дендритов пирамидных нейронов и развития боковых терминалей их апикальных дендритов. Нарастает полиморфизм нейронов всех слоев, а также плотность капиллярных сетей в слоях III и IV (Семенова и др., 1990).
Дальнейшее морфологическое развитие мозга детей в онтогенезе идет в трех основных направлениях: совершенствование локальной ансамблевой организации во всех областях коры, в особенности в передне-ассоциативных отделах; развитие внутрикорковых горизонтальных связей (Семенова и др., 1990), развитие связей коры и глубинных структур (Дзугаева, 1975).
Таким образом, в период от рождения до 18-20 лет структурные преобразования нейронных ансамблей осуществляются в различных областях коры по единому принципу, но в разные сроки и с разным качественным и количественным представительством каждого из структурных элементов (Семенова и др., 1990). Однако, выявлены также периоды, когда рост и дифференцировка многих компонентов происходит синхронно (Семенова и др., 1990; Цехмистренко, Васильева, 2001). Только к 18 годам ансамблевая организация коры достигает уровня взрослых (Семенова и др., 1990).
Основная закономерность в характере созревания мозга как многоуровневой иерархически организованной системы проявляется в том, что эволюционно более древние структуры созревают раньше. Это проявляется в процессе созревания мозга по вертикали — от стволовых образований к коре больших полушарий и по горизонтали — от проекционных к ассоциативным отделам, ответственным за осуществление высших форм психической деятельности.
По сравнению с другими областями головного мозга лобная область является филогенетически наиболее молодым образованием и в период от рождения до 17-20 лет претерпевает значительные структурные преобразования, протекающие неоднозначно в различных полях (Кононова, 1962; Семенова и др., 1990; Цехмистренко, Васильева, 2001). Особенно важные структурные преобразования носят этапный характер и отмечаются на первом году жизни, а также к 3, 6-7, 10 и 13-14 годам.
Как было отмечено ранее, развитие филогенетически более старых полей (например, полей 8 и 9) происходит быстрее, чем развитие более новых полей — 44, 45, 46, 10, которое продолжается и после 7 лет, по разным данным от 12 до 18 лет (Блинков, Глезер, 1964; Цехмистренко, Васильева, 2001).
В работе Т.А. Цехмистренко и В.А. Васильевой (2001) были изучены изменения структурной организации в полях 44, 45 (речедвигательное) и 32/10 (пограничное с лимбическим отделом, участвует в регуляции поведения при различных психоэмоциональных состояниях) лобной области у здоровых детей. Было установлено, что уже к 3 годам в поле 44 большинство пирамидных нейронов V подслоя приобретает типичную форму, ветвления апикальных и базальных дендритов усложняются, что совпадает со сроками увеличения функциональной специализации речедвигательных корковых полей и развитием артикуляционных возможностей ребенка. Пирамидизация нейронов в верхнем этаже коры протекает менее интенсивно, что, по мнению авторов, свидетельствует об отставании развития корково-корковых и каллозальных связей по сравнению с проекциями лобной коры на подкорковые и стволовые структуры мозга. Нейроны в исследованных полях проявляют тенденцию к группированию, однако, их пространственные объединения в структуре вертикальных ансамблей еще не имеют четких локальных особенностей (Цехмистренко, Васильева, 2001). По данным И. И. Глезера (1959), интенсивный рост пирамидных клеток в поле 45 происходит в 5-6 лет, что совпадает с периодами развития активной речи в соответствии с артикуляционными возможностями детей (Кольцова, 1973). После 5-6 лет наблюдается преимущественное развитие апикальных отделов группировок, что сопряжено с интенсивным формированием внутрикорковых горизонтальных связей в области верхнего (ассоциативного) этажа коры. Увеличение к 6-7 годам размерных показателей нейронов в поле 44 в 5,6 раз больше (чем у новорожденных), в поле 32/10 больше в 4,4 раза, также приводит к усложнению системы межнейронных внутрикорковых связей в последующие возрастные периоды (Цехмистренко, Васильева, 2001).
Изучение сверхмедленных биопотенциалов с поверхности головы здорового человека
Первые исследования сверхмедленных биопотенциалов при отведении с поверхности головы человека относятся к 50-м годам прошлого века. Поверхностными электродами, установленными на коже черепа, регистрировали положительное отклонение уровня постоянного потенциала у человека после раздражения светом или звуком в соответствующем для данного раздражаемого анализатора рецептивном поле коры головного мозга (Kohler & Held, 1949; Kohler et al., 1952). Кохлер называет эти отклонения «квазипостоянными». По его мнению, они отражают электротоническое распространение нервного процесса, соответствующего восприятию.
В 1962 г. Н.А. Аладжалова выдвинула представление о существовании сверхмедленной управляющей системы головного мозга, формирующейся на основе интрацеребрального взаимодействия опосредованно через процессы нейросекреции, т.е. биохимическим и нейрогуморальным путем. Эта точка зрения определила место и значение СМБП в механизмах регуляции состояний головного мозга. В 70-е годы Н.А. Аладжалова с сотрудниками активно исследовала динамику сверхмедленных колебаний биопотенциалов с поверхности черепа здоровых людей во время бодрствования и во сне, при умственной деятельности и измененных состояниях сознания (гипноз), накапливая феноменологию их пространственно-временной организации в максимально доступных условиях регистрации у человека и анализируя их вклад в механизмы регуляции функциональных состояний и психических функций (Аладжалова и др., 1972; Старобинец, Пшедецкая, 1973; Аладжалова, 1979; Микаэлян, 1980).
Так, М.Х. Старобинец и А.Д. Пшедецкая (1973) у здоровых лиц наблюдали стабилизацию исходной динамики уровня так называемого постоянного потенциала (УПП) при переходе от бодрствования ко сну и усиление апериодических сверхмедленных колебаний потенциалов во сне в лобно-височной области.
Описаны характерные изменения СМБП в парадоксальную стадию сна в виде сочетания сдвигов устойчивого потенциала, изменения режима сверхмедленных колебаний потенциалов, окулограммы, кожно-гальванической реакции и других показателей состояния головного мозга. М.Х. Микаэлян (1980) называет эти явления «переходными эпизодами». Показано, как параллельно с динамикой устойчивых потенциалов синхронные секундные колебания потенциалов сменялись доминированием декасекундного ритма с Т= 15-20 сек.
Такого рода данные иллюстрируют существование определенных причинно-следственных отношений в динамике трех исследованных показателей функционального состояния головного мозга: устойчивой разности потенциалов и сверхмедленных колебаний потенциалов секундного и декасекундного диапазонов в разные периоды процесса сна. Установлено, что пространственно-временные изменения сверхмедленных процессов головного мозга здорового человека в большей мере соотносятся с циклами сна, с течением сна в первую и вторую половины ночи.
Имеются лишь немногочисленные работы по изучению сверхмедленных биопотенциалов головного мозга у здоровых детей от 2 до 17 лет (Боравова, Галкина, 2001; Фокин, Пономарева, 2003; Боравова и др., 2004; Шимко, Фокин, 2004) и детей с отклоняющимся от нормы развитием в возрасте от 2 мес. до 10 лет (Городенский, Шармина, 2000; Городенский и др., 2000а). При этом авторы используют преимущественно суммарные значения и величины устойчивого потенциала.
Так, В.Ф. Фокин и Н.В. Пономарева (2003) обобщили результаты собственных многолетних исследований устойчивого потенциала милливольтового диапазона, при регистрации его с поверхности головы, у здоровых и больных лиц разных возрастных групп в покое, при функциональных нагрузках, при гипнозе и в процессе обучения у младших школьников. У детей 9 лет динамику уровня постоянного потенциала (УШІ) головного мозга в процессе обучения сопоставляли с психологическими показателями (уровень внимания, различные виды памяти — слуховая, зрительная, кинестетическая), тонкая моторика, самооценка, уровень тревожности, особенности мышления) и педагогическими характеристиками, в том числе успеваемостью по изучаемым предметам (чтению, русскому языку, математике и др.), точности ответов.
В этих исследованиях было установлено, что существенным фактором, влияющим на успеваемость, а также на память и некоторые другие психофизиологические показатели, является межполушарная асимметрия. По данным В.Ф. Фокина и Н.В. Пономаревой (2003), чем выше величина УШІ в правом полушарии, тем ниже характеристики успеваемости, памяти и других психофизиологических показателей. Авторы предполагают, что более низкие показатели успеваемости, памяти и внимания, коррелирующие с преобладанием больших значений УШІ в правом полушарии, связаны с его недостаточным нейрофизиологическим созреванием. В исследованиях А.И. Боравовой и Н.С. Галкиной (2001) показано, что у подростков с высоким уровнем тревожности преобладали более высокие значения УШІ в правом полушарии. С этой точки зрения, более низкие значения УП у девочек в возрасте 9 лет характеризуют большую зрелость межполушарных отношений, чем у мальчиков. Как показало исследование, девочки отличались более высокой успеваемостью.
Методика исследования уровней активации лобной и височно-теменной коры по параметрам устойчивого потенциала в отведении с поверхности головы
Для исследования особенностей формирования уровней активации различных областей лобной и височно-теменной коры в работе был использован один из видов сверхмедленных биопотенциалов - устойчивый потенциал милливольтового диапазона при регистрации с поверхности головы.
Как известно, до настоящего времени продолжает дискутироваться вопрос о вкладе артефактов биологического происхождения (в частности кожно-гальванической активности) в измеряемый с поверхности головы устойчивый потенциал (Picton, Hillgard, 1972; Фокин, Пономарева, 2003).
При рассмотрении вопросов безартефактной регистрации устойчивого потенциала с поверхности головы в книге В. Ф. Фокина и Н. В. Пономаревой (2003) отмечается, что в связи с высоким сопротивлением кожных покровов входное сопротивление используемого усилителя постоянного тока для регистрации устойчивого потенциала с поверхности головы человека должно быть не менее 1 МОм. В используемом этими авторами «Нейроэнергометре», входное сопротивление составляет 10 МОм.
Н. А. Аладжаловой (1979) в теперь уже классических исследованиях сверхмедленных биопотенциалов головного мозга указано, что входное сопротивление усилителя должно быть порядка 100 МОм во избежание влияния на измеряемые показатели устойчивого потенциала импеданса системы электрод-объект.
Для регистрации УП с поверхности кожи головы В. Ф. Фокин и Н. В. Пономарева (2003) в качестве рабочих электродов применяют стандартные (для ЭЭГ исследований), сухие хлорсеребряные чашечковые электроды, которые фиксируют на поверхности головы энцефалографическим шлемом.
Как известно, Н. А. Аладжалова (1962, 1969) провела экспертизу всех существующих видов стандартных сухих хлорсеребряных электродов (практически всех известных зарубежных фирм изготовителей), которые используются для регистрации ЭЭГ. На основании исследований было сделано заключение об их непригодности для регистрации устойчивого потенциала милливольтового диапазона, в связи с нестабильностью собственного потенциала электрода по все существующим законам электрохимии (Антропов, 1969).
В исследованиях УП милливольтового диапазона при регистрации с поверхности головы человека Н. А. Аладжаловой с сотрудниками (1972, 1979) использовались жидкостные неполяризующиеся электроды с воспроизводимо устойчивым собственным потенциалом при дрейфе не более 15 мкВ/мин и разности потенциалов этих электродов, погруженных в физиологический раствор, не более 300 мкВ (цит. по Аладжаловой, 1979, С. 13-14).
В нашей работе для обеспечения безартефактной регистрации устойчивого потенциала милливольтового диапазона с поверхности головы человека были выполнены все необходимые условия: 1) стабильность собственных потенциалов используемых для регистрации электродов; 2) высокое входное сопротивление используемых усилителей постоянного тока; 3) подготовка участков кожи (обезжиривание спиртом) и контроль кожного сопротивления.
Электроды, используемые для регистрации УП с поверхности головы. В работе была использована конструкция жидкостного хлорсеребряного электрода, разработанная в лаборатории в 1986 г. (Кирьянова. Белов, 1984; Илюхина, 1986)-рис. 2. лабораторного изготовления, тип ЭМЛ-2 (по В. А. Илюхиной, 1986).
Обозначения: А-вертикальный срез: ]-стандартное штепсельное гнездо П6, 2-позолоченный разъем, 3-место спая серебряной проволоки и позолоченного разъема, 4- полиэтиленовая изоляция спая, 5-хлорсеребряный полуэлемент, 6- резьба Мб, 7-агаровый блок, 8-корпус из оргстекла, 9-полиэтиленовая трубка. Б-внешний вид в каркасе.
Эта конструкция универсальных жидкостных хлорсеребряных электродов, при высокой воспроизводимости и стабильности собственного потенциала, обеспечивает удобство их крепления на поверхности кожи головы для длительных исследований. Одним из условий, определяющих основные характеристики неполяризуемости электродов - их обратимости, является обеспечение достаточной величины тока обмена на границе электрод-электролит.
В целях обеспечения достаточной независимости собственного потенциала электродов от состава биологических жидкостей, в которых производится измерение (в наших условиях такими факторами могут быть ионы, содержащиеся в выделяемом поте), использовали цепь с переносом, т. е. солевым мостиком, функцию которого выполнял агаровый блок.
В конструкции электрода основой является хлорсеребряный полуэлемент, представляющий собой серебряную проволоку диаметром 1.2 мм и длиной 8 мм, покрытую слоем AgCl. Рабочий конец проволоки погружен в цилиндрический агаровый блок, заключенный в полиэтиленовую трубку (диаметром 3 мм и длиной 15 мм). Противоположный конец серебряной проволоки соединяется с помощью пайки со стандартным позолоченным штырьковым разъемом ГІ 6. Место спайки серебряной проволоки и разъема заключено в полиэтиленовую изоляцию (рис. , А). Хлорсеребряный полуэлемент помещен в каркас из оргстекла, имеющий резьбу Мб для установки в стандартный электродный мостик «Alvar» (рис.2, Б). Корпус из оргстекла обеспечиваем надежность и безопасность использования этого типа электродов в исследованиях у человека. Рабочий конец агарового блока контактирует с ватно-поролоновым тампоном, смоченным 0.9%-ным раствором NaCl и укрепленным на каркасе из оргстекла.
Агаровый блок (3%-ый агар, содержащий 0.9%-ный NaCl) в предлагаемой конструкции электрода является солевым мостиком, обеспечивающим низкий уровень диффузии между собственным раствором хлорсеребряного полуэлемента (роль которого выполняет тот же 0.9%-ый NaCl-arap) и биологической жидкостью (потом) на поверхности кожи ребенка. Это в свою очередь обеспечивает постоянство концентрации раствора электролита и соответственно повышает стабильность его собственного потенциала и точность проводимых измерений. При использовании только ватно-марлевого тампона в качестве солевого мостика наблюдается высокий уровень диффузии в мостике (тампоне) и соответственно нестабильность потенциала электрода.
Достоинством описанных электродов является также то, что конструктивно они выполнены на базе стандартных электродных мостиков «Alvan - это облегчает ввод их в эксплуатацию и обеспечивает удобство крепления на поверхности головы с помощью стандартного энцефалографического шлема (способы изготовления и хлорирования электродов подробно описаны в работе Р. Е. Кирьяновой и М. А. Белова, 1984 г.).
После окончания исследования электроды промываются 0.9%-ным раствором NaCl, затем помещаются в специальную кювету с чистым физиологическим раствором, где и хранятся в интервалах между исследованиями. Кювета с электродами хранится в темном и холодном месте, с закороченными гнездами для выравнивания потенциала электродов.
Установлено, что электроды данной конструкции сохраняют устойчивость и воспроизводимость собственного потенциала в течении 1-3 мес при соблюдении условий их эксплуатации.
Стабильность и воспроизводимость собственного потенциала электродов, измеряется по отношению к образцовому, тарированному электроду сравнения ЭСО-0,1. Проверка собственного потенциала электродов проводится до и после каждого исследования. При появлении нестабильности потенциала электродов возможно их дополнительное хлорирование непосредственно в электродных каркасах.
Возрастные особенности формирования уровней активации лобной и височно-теменной коры у здоровых детей 3-7 лет по параметрам устойчивого потенциала
По параметрам устойчивого потенциала (УП) милливольтового диапазона, регистрируемого в отведении с поверхности головы в корковых проекциях лобной и височно-теменной коры в состоянии покоя, установлены следующие основные закономерности формирования уровней активации исследуемых областей у здоровых детей разного возраста.
В состоянии покоя у детей 3-х лет (12 человек, из них 6 мальчиков, 6 девочек) во всех исследованных корковых проекциях правого и левого полушарий максимальные пределы вариативности УП составляли: от -11,5 до 8,6 мВ в правом полушарии и от -12,8 до 7,4 мВ в левом (таблица 3, рис.5).
По значениям устойчивого потенциала, выявляемым в большем проценте исследований (70%), обнаружена негативация значений УП в трех корковых проекциях лобной области (F1-F3), соответственно в пределах от — 9,6 до -2,6 в - правом полушарии и от -12,4 до —2,1 мВ - в левом. Установленные закономерности свидетельствовали об умеренно повышенном уровне активации в 3-х корковых проекциях лобной области (F1-F3), тесно связанных с мозговыми системами обеспечения высших психических функций (ВПФ).
Исключение составляла одна из корковых проекций (КП) прецентральной извилины (F4 — представительство кистей рук), где в 70% исследований была обнаружена общая тенденция к позитивации УП: от —5,2 до 6,6мВ в правом полушарии и от -6,4 до 5,3 мВ — в левом. 4) и височно-теменной (Т/Р) областей правого (А) и левого (Б) полушарий в состоянии покоя у детей 3-х лет с возрастной нормой психического и речевого развития. По оси абсцисс: обозначения корконых проекций (подробное описание см. табл. 1 в гл. 2). По оси ординат: УП в мВ. На диаграмме размаха вертикальными линиями обозначены максимальные пределы вариаций УП (макс/мин). Прямоугольниками обозначены пределы вариаций УП. обнаруживаемые в 70% исследований. Точкой обозначено усеченное среднее значений УП, Изломанная линия иллюстрирует профиль соотношений усеченных средних значений УП в исследованных корковых проекциях
Полученные данные свидетельствовали о том, что в состоянии покоя уровень активации в одной из корковых проекций — F4 - неокортикального выхода мозговой системы, имеющей отношение к реализации двигательной активности верхних конечностей (тонкой моторики), был ниже по сравнению с уровнем активации префронтальной коры (F1), задней части нижнелобной извилины (F2) и КП висцеро-соматосенсорной (F3) системы в тех же условиях наблюдения (см. табл. 3, рис. 5).
Как показали результаты исследований, у здоровых детей 3-х летнего возраста в левом полушарии уровень активации в корковых проекциях висцеро-соматосенсорной системы (F3) и проекции височно-теменной коры (Т/Р) был несколько выше, чем в правом. Такого рода различия были более выражены в КП висцеро-соматосенсорной системы (F3) — см. табл. 3. Как видно из таблицы 3, низкие абсолютные значения пределов вариативности (ПВ) устойчивого потенциала (4,8-7,8 мВ) в 70% исследований были выявлены в 3-х КП лобной (F1-F3) и КП височно-теменной (Т/Р) областей. Исключение составляла одна из проекций моторной коры (F4 — проекция кистей рук), в которой пределы вариаций УП были в 1,5-2 раза больше, чем в других корковых проекциях.
Полученный результат можно рассматривать как отражение высокой вариативности УА корково-подкорковой системы обеспечения тонкой моторики у детей 3-х лет, что сопоставимо с точкой зрения В.В. Давыдова (1996) о характерном для данного возраста развитием предметно-манипулятивной деятельности (в качестве ведущего типа деятельности) при активном вкладе тонких движений пальцев рук в реализуемую деятельность (Кольцова, 1973; Кольцова, Рузина, 2004).
В состоянии покоя у детей 4-5 лет (22 ребенка, из них 10 мальчиков, 12 девочек) во всех исследованных корковых проекциях лобной и височно-теменной областей максимальные пределы вариативности устойчивого потенциала значительно нарастали по сравнению с детьми 3-х лет. При этом они были сопоставимы в правом и левом полушариях, соответственно: от -17,8 мВ до 8Д мВ - в правом полушарии и от —19,9 мВ до 7,4 мВ - в левом.
Выявленная закономерность сохранялась и в большем проценте исследований (70%) УП в корковых проекциях префронтальной коры (F1), задней части нижнелобной извилины (F2, слева — зона Брока) и КП, расположенных на границе нижнелобной области и полюса височной доли (F3) обоих полушарий (р 0,05). Во всех исследованных корковых проекциях были выявлены сходные высокие негативные значения УП, что свидетельствовало о высоком и недифференцированном уровне активации исследованных областей лобной коры правого и левого полушарий (табл. 4, рис. 6).
